濕排電石渣在預分解窯上的應用

張光利，崔海兵

濕排電石渣在預分解窯上的應用

Application of Wet Discharged Carbide Slag in PrecalcinerKiln System

張光利，崔海兵

1 引言

眾所周知，水泥建材和化工企業(yè)是能源消耗較大的兩個行業(yè)。目前，在烏蘭察布市察哈爾右翼后旗水泥建材和化工是兩大支柱產(chǎn)業(yè)。其中在察右后旗工業(yè)園區(qū)內(nèi)主要有白雁湖化工和內(nèi)蒙古蒙維科技有限公司（以下簡稱蒙維公司）等多家化工企業(yè)。蒙維公司一期工程，年產(chǎn)電石約135萬噸、VAC（醋酸乙烯）約10萬噸、PVA（聚乙烯醇）約5萬噸，為察右后旗地方的經(jīng)濟發(fā)展做出了重要的貢獻。但隨之排出的工業(yè)廢渣電石渣由于處理難度大，對周邊的環(huán)境造成了極大的污染。為促進兩個行業(yè)的健康發(fā)展，烏蘭察布中聯(lián)水泥有限公司（以下簡稱烏蘭中聯(lián)）充分利用兩個行業(yè)的生產(chǎn)特點進行資源綜合利用，用電石渣代替部分石灰石配料，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水泥熟料。

電石渣是電石水解獲取乙炔氣后以氫氧化鈣為主要成分的工業(yè)廢渣，俗稱電石渣漿（濕排電石渣）。電石渣漿經(jīng)重力沉降分離后進一步脫水，上清液循環(huán)再利用，剩下的含水率仍達40%～50%，呈漿糊狀，強堿性,同時含有硫化物、磷化物等有毒有害物質(zhì)。根據(jù)《危險廢物鑒別標準》（GB/5085—2007），電石渣屬Ⅱ類一般工業(yè)固體廢物，需做防護措施并妥善處理。若長期堆積不但占用大量土地，而且對土地有嚴重的侵蝕作用。

由于電石渣的主要成分是氫氧化鈣，分解后可獲得氧化鈣，所以能夠代替部分石灰石作為水泥熟料的生產(chǎn)原料來使用。用電石廢渣配料生產(chǎn)水泥熟料，在國內(nèi)已有眾多成熟的企業(yè),如吉林化工廠、天津化工廠、烏海君正能源化工股份有限公司等。其中有的在上世紀70年代初就己建成工業(yè)化規(guī)模處置裝置，有專用的一條水泥生產(chǎn)線消化電石渣。但多數(shù)是將電石渣沉降濃縮后在濕法窯上使用，熱耗較高，目前已被淘汰；也有少數(shù)企業(yè)將電石渣沉降、壓濾、烘干后在專門設計的低阻型預分解窯上使用，但工序復雜，生產(chǎn)成本較高，市場壓力大，制約廣泛推廣使用。因此，烏蘭中聯(lián)組織技術攻關，將電石渣沉降濃縮后在堆場進行自然晾曬，在不經(jīng)過壓濾、烘干等工序處理的條件下，直接在預均化堆場按照一定的比例與石灰石進行預配料，然后在2500t/d預分解窯上煅燒，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)硅酸鹽水泥熟料，取得了突破性的成功,屬建材水泥生產(chǎn)行業(yè)新原料替代品研發(fā)應用的技術領域。

2 技術措施

濕排電石渣代替石灰石配料的主要技術特點是：將濕排電石渣經(jīng)過沉降后代替一定比例的優(yōu)質(zhì)石灰石作為水泥熟料生產(chǎn)的主要原料，在堆場進行預配料。通過優(yōu)化配料方案，調(diào)整煅燒工藝參數(shù)，并對堆場均化布料方式、料倉下料方式進行必要的技術改造，消除了濕排電石渣因水分高，極易造成粘倉堵料、計量困難等技術瓶頸問題。主要技術措施如下：

（1）將沉降濃縮后的電石渣在堆場進行自然晾曬，可控水分在35%左右。

（2）將晾曬后的電石渣存入堆棚備用，堆棚四墻透風，頂棚防雨。

（3）在石灰石預均化堆場，將一定比例（10%左右）的電石渣和石灰石進行預配混合料，實施均化布料，其工藝布置如圖1所示。

（4）將原有傳統(tǒng)的圓形貯庫改為錐斗形喂料倉，同時倉內(nèi)鑲砌高分子不沾板，提高物料的流動性，并在下料倉底安裝回轉(zhuǎn)攪拌下料器強制卸料,具體創(chuàng)新點如下：

a充分考慮了粉體力學的特性以及物料水分對料倉內(nèi)粉體內(nèi)摩擦力的影響等綜合因素，在料斗設計時合理考慮了料斗壁的斜度和材質(zhì)。控制倉壁相交棱線與水平面的夾角為55°，同時在料斗內(nèi)壁鑲嵌黑色超高分子量聚乙烯不粘板。

b在料斗內(nèi)自行設計并安裝了雙螺旋回轉(zhuǎn)下料裝置，利用機械攪拌控制卸料，圖2為結(jié)構(gòu)簡圖。

c為了合理控制皮帶秤上料層的厚度，確保下料順暢、計量穩(wěn)定，在皮帶秤上安裝了料位自動感應器，并與雙螺旋回轉(zhuǎn)下料器的變頻電機連鎖，在料層低于控制值時實現(xiàn)自動調(diào)速，補償下料。

d在下料倉外壁環(huán)形盤繞伴熱電纜后加裝保溫層，避免冬季粘附凍倉。

通過采取以上技術措施，徹底消除了濕排電石渣在喂料、輸送、計量及均化等生料制備工序過程中存在的問題。

圖1 預配料工藝布置

圖2 雙螺旋回轉(zhuǎn)下料裝置

表1 電石渣的化學成分，%

表2 結(jié)皮的化學成分，%

3 生產(chǎn)試驗

考慮到本試驗方案中采用電石渣配料，氫氧化鈣的分解溫度偏低，熟料燒成的共熔溫度降低，同時由于電石渣中磷等微量元素的引入，在水泥熟料的礦物形成過程中起到一種“晶種”的作用，誘導晶體礦物的形成，改善了生料的易燒性，故對原配料方案及操作參數(shù)進行了調(diào)整，電石渣的化學成分見表1。

3.1 配料方案

本方案適當提高了硅酸鹽礦物的含量，提高了生料的耐火性。熟料率值控制如下：KH：0.900±0.02；SM：2.6±0.1；AM：1.4±0.1。

3.2 存在問題

隨著生產(chǎn)試驗的推進，預熱器系統(tǒng)開始出現(xiàn)大量結(jié)皮，主要富集在預熱器的五級旋風筒以及分解爐鵝頸管處，其中分解爐鵝頸管處結(jié)皮厚約300mm。雖未造成預熱器系統(tǒng)堵塞，但現(xiàn)場人工清堵十分困難，耗時費力，而且嚴重影響窯系統(tǒng)通風和熱工制度的穩(wěn)定。后經(jīng)技術人員對分解爐和五級下料管結(jié)皮進行采樣分析，結(jié)果如下：

（1）結(jié)皮外觀多層狀，中間層發(fā)黑色，質(zhì)地堅硬，有陶瓷感，具體見圖3所示。

（2）從結(jié)皮的化學成分來看，結(jié)皮中的堿含量和氯離子含量較高，具體化學成分見表2。

（3）結(jié)皮機理分析：生料中的氯離子在預熱器中與堿反應形成氯化堿，氯化堿的熔點低，最低熔點在650～700℃[1]，其以熔融態(tài)粘附在物料表面形成液相粘膜，并與生料和飛灰一起構(gòu)成粘聚性物質(zhì)，阻礙生料的顆粒流動，從而使物料在預熱器中流動不暢并粘附形成結(jié)皮。同時由于氯化堿的沸點低，揮發(fā)率高，再次富集的濃度高，從而導致氯化堿和堿的大量循環(huán)富集，成為預熱器粘結(jié)性結(jié)皮的礦化劑和促進劑，周而復始，逐層粘結(jié)，越結(jié)越厚。

圖3 結(jié)皮樣本

表3 生產(chǎn)工藝控制參數(shù)

表4 熟料物理性能

表5 生產(chǎn)技術指標

（4）控制要點：從上述分析可知，結(jié)皮形成的主要條件是溫度和有害成分。一方面要從源頭控制配料中的有害成分，如電石渣中的氯離子含量一定要小于0.015%；另一方面要從操作參數(shù)上進行調(diào)整，如通過調(diào)節(jié)三次風閘板，強化窯內(nèi)通風，保證燃燒動力，抑制還原氣氛；同時降低分解爐溫度約30～40℃，避免尾煤過剩導致燃燒不完全，溫度倒掛、結(jié)皮堵料或尾溫過高、系統(tǒng)局部高溫富集結(jié)皮等，操作上實現(xiàn)“薄料快轉(zhuǎn)”，具體工藝主控參數(shù)如表3。

（5）試驗效果：經(jīng)過以上技術調(diào)整，烏蘭中聯(lián)將濕排電石渣沉降濃縮后在堆場進行自然晾曬，然后在預均化堆場按照一定的比例與石灰石進行預配混合料，與其他組分直接入磨粉磨成生料，然后在2500t/d預分解窯上煅燒，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)硅酸鹽水泥熟料，取得了突破性的成功。而且用電石渣摻燒熟料，熟料的標準稠度用水量下降，堿含量下降，性能好，強度高，同時節(jié)能效果顯著，窯臺時產(chǎn)量增加，煤耗同比下降，實現(xiàn)了經(jīng)濟和社會效益的共贏。熟料的質(zhì)量、性能和生產(chǎn)技術指標見表4、5。

由于電石渣中＜5μm的微粉含量占比約為38%以上，故入磨后可直接做為成品選粉收集，生料的粉磨工序電耗大幅度下降。同時，由于熟料煅燒的分解爐溫度控制較低，標準煤耗同比下降約1kg/t，生產(chǎn)技術指標良好。

4 效益分析

熟料按2012年實際產(chǎn)量249萬噸計，料耗按1.55計算，則每年消耗生料約為1.55×249=385.95萬噸；若按電石渣的摻燒比例10%計算，則每年消耗濕排電石渣約為385.95× 10%=38.595萬噸；若濕排電石渣的水分按35%計算，則每年消耗干基電石渣約為38.595×（1-35%）≈25.09萬噸。可見，在烏蘭中聯(lián)三條2500t/ d熟料生產(chǎn)線上剛好消化目前蒙維公司一期工程干基電石渣的排渣量25萬噸/年。

按照生產(chǎn)驗證，使用電石渣摻燒生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水泥熟料，年節(jié)約標煤2490t，節(jié)約用電622.5萬kWh，實現(xiàn)資源綜合利用退稅約2500萬元/年，經(jīng)濟效益十分顯著。

此項目每年消化電石渣約25萬噸，同時，每年少使用優(yōu)質(zhì)石灰石（平均品位按氧化鈣50%計）約33萬噸，相當于減排二氧化碳約13.2萬噸，社會效益顯著。

5 結(jié)語

烏蘭中聯(lián)將電石渣沉降濃縮后在堆場進行自然晾曬，然后在預均化堆場按照一定的比例與石灰石進行預配料，只需對喂料倉進行簡單技改，一次性投資不到5萬元，工藝裝備簡單，推廣使用前景好，是資源綜合利用、社會和經(jīng)濟效益雙贏的好項目。目前，已在兩條2500t/d預分解窯和一條2000t/d預分解窯上推廣使用，生產(chǎn)運行穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量合格。

⑴牛云輝.高氯電石渣生產(chǎn)水泥氯揮發(fā)研究[D].西南科技大學碩士研究生學位論文.2011.6.13.■

TQ172.44

A

1001-6171（2014）05-0028-03

烏蘭察布中聯(lián)水泥有限公司，內(nèi)蒙古烏蘭察布012400；

2014-01-11；編輯：趙蓮